2022 Fiscal Year Final Research Report

Study of acceleration effects of microorganisms on fuel debris degradation

Research Project

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Project/Area Number	19H02647
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 31010:Nuclear engineering-related
Research Institution	Otsuma Women's University (2020-2022) Tokyo Institute of Technology (2019)
Principal Investigator	Ohnuki Toshihiko 大妻女子大学, 人間生活文化研究所, 特別研究員 (20354904)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	劉江国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 福島研究開発部門福島研究開発拠点廃炉環境国際共同研究センター, 博士研究員 (00839095) 宇都宮聡九州大学, 理学研究院, 准教授 (40452792) 高野公秀国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所原子力基礎工学研究センター, リーダー (40501367) 田中万也国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所先端基礎研究センター, 研究主幹 (60377992) 香西直文国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所先端基礎研究センター, 研究主席 (80354877) 西口規彦北海道大学, 工学研究院, 特任教授 (40175518)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	福島第一原子力発電所 / 廃炉 / Degradation / 微生物 / シデロフォア
Outline of Final Research Achievements	In order to clarify the degradation mechanism of fuel debris, powder samples of Fe, CeO2, ZrO2, and SiO2, and fuel debris analogues (FDA) made by melting and solidifying the powders were prepared. FDA were in contact with ubiquitous bacteria and siderophore emitting microbes (SB). The dissolution behavior of elements and secondary minerals were analyzed. The results showed that Fe metallic phase was preferentially oxidized and dissolved, and precipitated as trivalent Fe oxyhydroxide, indicating that SB accelerates Fe dissolution more than ubiquitous bacteria. Contact experiments with Zr oxide and SB revealed that SB could dissolve Zr oxide, and FDA with Fe, UO2, and ZrO2 was prepared and contacted with ubiquitous bacteria, which revealed not only oxidative dissolution of Fe, but also U. These results revealed the possibility that fuel debris could dissolve not only Fe metallic phase but also Zr oxide and U oxide by contact with microorganisms.
Free Research Field	原子力工学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	福島第一原子力発電所の廃止措置では、燃料デブリを取り出す作業を円滑に進めていかねばならない。燃料デブリは、生物的要因についてはほとんど研究が行われていない。本研究では、燃料デブリが微生物と接触することにより、Fe金属相だけでなく、Zr酸化物及びU酸化物も溶解する可能性を明らかにできた。これらの結果は、燃料デブリのマトリックスがFe等を含む領域から優先的に劣化する恐れがあり、微生物により冷却水中に溶出する可能性を示している。デブリの取り出し時期が遅れることによる、デブリの劣化や,取り出し作業時間の長期化に伴い、劣化が進む懸念があることを示した。